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FísicaFísica510 views·Updated Jun 27, 2026·7 pages

Gravitación y Física para 2º Bachillerato

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Carlota Martín@carlotamrtn

Las leyes de Kepler y la gravitación universal son fundamentales...

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# LEVES DE KEPLER

1ª) LEY DE LAS ORBITAS

Los planetas se mueva formando una elipse alrededor del Sol

Dadas x excentricidad

ELIPSE CIRCUN

Leyes de Kepler

¿Alguna vez te has preguntado por qué los planetas no se caen al Sol? Las leyes de Kepler explican exactamente cómo se mueven los planetas en el espacio.

La primera ley nos dice que los planetas se mueven en órbitas elípticas alrededor del Sol, no en círculos perfectos. Una elipse es como un círculo aplastado, y su forma depende de la excentricidad (e): si e=0 es un círculo perfecto, si e=1 es muy alargada.

La segunda ley de las áreas establece que los planetas barren áreas iguales en tiempos iguales. Esto significa que cuando un planeta está más cerca del Sol, se mueve más rápido. La velocidad areolar es constante y se calcula como dA/dt = L/(2m).

La tercera ley de los períodos es súper útil para los exámenes: T₁²/r₁³ = T₂²/r₂³ = constante. Si conoces la distancia de un planeta al Sol, puedes calcular cuánto tarda en dar una vuelta completa.

💡 Truco para examen: La tercera ley de Kepler se deriva de la gravitación universal. Recuerda que F = GMm/r² y que para movimiento circular ac = v²/r.

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1ª) LEY DE LAS ORBITAS

Los planetas se mueva formando una elipse alrededor del Sol

Dadas x excentricidad

ELIPSE CIRCUN

Principio de Superposición y Gravitación

La ley de gravitación universal de Newton es la clave para entender por qué las cosas se atraen: F = Gm₁m₂/r². Esta fuerza siempre es atractiva y actúa entre cualquier dos masas del universo.

El campo gravitatorio es el espacio donde actúa esta fuerza. Se calcula como g = GM/r² y su gran ventaja es que puedes usar el principio de superposición: el campo total es la suma vectorial de todos los campos individuales.

Hay dos tipos de masa que debes conocer. La masa inercial es la resistencia de un objeto a cambiar su movimiento, mientras que la masa gravitatoria determina cómo se atrae con otros objetos. Sorprendentemente, ¡son exactamente iguales!

Para el movimiento de rotación, necesitas el momento de inercia I = mr². Este concepto aparece cuando estudias satélites o planetas girando, y depende tanto de la masa como de qué tan lejos está del eje de rotación.

💡 Dato curioso: Einstein se dio cuenta de que la igualdad entre masa inercial y gravitatoria no era casualidad, y esto lo llevó a desarrollar la relatividad general.

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1ª) LEY DE LAS ORBITAS

Los planetas se mueva formando una elipse alrededor del Sol

Dadas x excentricidad

ELIPSE CIRCUN

Momento Lineal y Angular

El momento lineal p = mv es fundamental para entender colisiones y conservación. La segunda ley de Newton se puede escribir como ΣF = dp/dt, lo que nos da el principio de conservación: si no hay fuerzas externas, el momento se conserva.

El momento angular L = r × p mide la rotación de un objeto. Para calcularlo usas L = rmv sin θ, donde θ es el ángulo entre r y v. Este concepto explica por qué los patinadores giran más rápido cuando encogen los brazos.

El momento de una fuerza M = r × F determina si un objeto va a rotar. Si la suma de momentos externos es cero, el momento angular se conserva. Esto es lo que mantiene estables las órbitas planetarias.

Para objetos en órbita, la energía mecánica total es E = ½mv² - GMm/r. Como la velocidad orbital es v = √GM/rGM/r, la energía total resulta ser E = -½GMm/r. El signo negativo indica que el objeto está "ligado" gravitatoriamente.

💡 Regla práctica: Si E < 0, el objeto está en órbita (elipse o círculo). Si E ≥ 0, escapa al infinito (hipérbola o parábola).

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1ª) LEY DE LAS ORBITAS

Los planetas se mueva formando una elipse alrededor del Sol

Dadas x excentricidad

ELIPSE CIRCUN

Velocidad de Escape y Potencial Gravitatorio

La velocidad de escape es la mínima velocidad que necesita un objeto para escapar completamente de un campo gravitatorio. Se calcula como ve = √2GM/R2GM/R o también ve = √(2g₀R). En la Tierra, esta velocidad es de unos 11.2 km/s.

Para calcular la velocidad de escape, aplicamos el principio de conservación de energía mecánica. El objeto debe tener energía total cero para llegar al infinito con velocidad cero: ½mve² - GMm/R = 0.

El potencial gravitatorio V = -GM/r representa el trabajo por unidad de masa necesario para traer un objeto desde el infinito hasta ese punto. Es negativo porque el campo gravitatorio es atractivo.

El trabajo realizado por el campo gravitatorio entre dos puntos es WAB = mVAVBVA - VB. Si WAB > 0, el campo realiza trabajo (proceso espontáneo). Si WAB < 0, debemos aplicar trabajo externo contra el campo.

💡 Para recordar: El potencial gravitatorio es energía por unidad de masa, mientras que la energía potencial gravitatoria es u = mV = -GMm/r.

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1ª) LEY DE LAS ORBITAS

Los planetas se mueva formando una elipse alrededor del Sol

Dadas x excentricidad

ELIPSE CIRCUN

Aplicaciones del Principio de Conservación

En caída libre, puedes usar conservación de energía en lugar de las ecuaciones cinemáticas. Para calcular la altura máxima de un proyectil: ½mv₀² - GMm/R = -GMm/R+hR+h, donde v₀ es la velocidad inicial.

También puedes aproximar para alturas pequeñas: v = √(2gh), que es la fórmula clásica que ya conoces. Esto funciona cuando h << R, es decir, cuando la altura es mucho menor que el radio terrestre.

Para situar un satélite en órbita, necesitas darle la energía suficiente para pasar de estar en la superficie E1=GMm/R+½mv2E₁ = -GMm/R + ½mv² a estar en órbita estable E2=½GMm/rE₂ = -½GMm/r. La diferencia ΔE es el trabajo que debes realizar.

La energía de un satélite en órbita circular es siempre E = -½GMm/r. Nota que es exactamente la mitad de su energía potencial, y esto no es casualidad: viene del teorema del virial.

💡 Truco importante: Para órbitas circulares, la energía cinética es siempre la mitad del valor absoluto de la energía potencial.

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1ª) LEY DE LAS ORBITAS

Los planetas se mueva formando una elipse alrededor del Sol

Dadas x excentricidad

ELIPSE CIRCUN

Líneas de Campo y Superficies Equipotenciales

Las líneas de campo gravitatorio, introducidas por Faraday, son una forma visual de representar cómo actúa la gravedad en el espacio. En cada punto, estas líneas son tangentes al vector intensidad de campo y nunca se cruzan.

Las superficies equipotenciales conectan puntos que tienen el mismo potencial gravitatorio. Para una masa central, estas superficies son esferas concéntricas. Las líneas de campo siempre son perpendiculares a estas superficies.

Mover una masa dentro de una superficie equipotencial no requiere trabajo W=0W = 0, ya que no hay cambio de potencial. El campo gravitatorio apunta siempre hacia potenciales decrecientes: más campo significa potencial más bajo.

El gradiente relaciona campo y potencial: g⃗ = -∇V. Esto significa que el campo es el negativo del gradiente del potencial. En coordenadas cartesianas: g⃗ = -V/xı^+V/yȷ^+V/zk^∂V/∂x î + ∂V/∂y ĵ + ∂V/∂z k̂.

💡 Visualización clave: Imagina las líneas de campo como "ríos" de gravedad fluyendo desde zonas de alto potencial hacia zonas de bajo potencial.

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1ª) LEY DE LAS ORBITAS

Los planetas se mueva formando una elipse alrededor del Sol

Dadas x excentricidad

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Flujo y Características de la Gravitación

El flujo gravitatorio φ = g⃗ · S⃗ mide cuántas líneas de campo atraviesan una superficie. Depende tanto de la intensidad del campo como del área y orientación de la superficie. El vector superficie tiene módulo igual al área y dirección perpendicular.

Según el teorema de Gauss, el flujo a través de cualquier superficie cerrada es φ = -4πGM, donde M es la masa encerrada. Este resultado es independiente de la forma de la superficie.

La interacción gravitatoria tiene características únicas: es universal (actúa entre cualquier masa), tiene alcance infinito, siempre es atractiva, es extremadamente débil comparada con otras fuerzas, no se puede apantallar, se propaga a la velocidad de la luz, y es conservativa.

Los efectos de la gravitación incluyen el peso de los cuerpos, la formación de estrellas y galaxias, la forma de los astros (ligeramente achatados por la rotación), la geometría del universo, y fenómenos biológicos como el geotropismo en las plantas.

💡 Dato fascinante: La gravedad es tan débil que puedes vencer la gravedad de toda la Tierra simplemente saltando, pero es tan importante que determina la estructura del universo entero.

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Gravitación y Física para 2º Bachillerato

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Carlota Martín@carlotamrtn

Las leyes de Kepler y la gravitación universal son fundamentales para entender cómo se mueven los planetas y por qué los objetos caen. Aquí tienes todo lo que necesitas saber sobre estas fuerzas que gobiernan desde el movimiento de los...

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Leyes de Kepler

¿Alguna vez te has preguntado por qué los planetas no se caen al Sol? Las leyes de Kepler explican exactamente cómo se mueven los planetas en el espacio.

La primera ley nos dice que los planetas se mueven en órbitas elípticas alrededor del Sol, no en círculos perfectos. Una elipse es como un círculo aplastado, y su forma depende de la excentricidad (e): si e=0 es un círculo perfecto, si e=1 es muy alargada.

La segunda ley de las áreas establece que los planetas barren áreas iguales en tiempos iguales. Esto significa que cuando un planeta está más cerca del Sol, se mueve más rápido. La velocidad areolar es constante y se calcula como dA/dt = L/(2m).

La tercera ley de los períodos es súper útil para los exámenes: T₁²/r₁³ = T₂²/r₂³ = constante. Si conoces la distancia de un planeta al Sol, puedes calcular cuánto tarda en dar una vuelta completa.

💡 Truco para examen: La tercera ley de Kepler se deriva de la gravitación universal. Recuerda que F = GMm/r² y que para movimiento circular ac = v²/r.

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Principio de Superposición y Gravitación

La ley de gravitación universal de Newton es la clave para entender por qué las cosas se atraen: F = Gm₁m₂/r². Esta fuerza siempre es atractiva y actúa entre cualquier dos masas del universo.

El campo gravitatorio es el espacio donde actúa esta fuerza. Se calcula como g = GM/r² y su gran ventaja es que puedes usar el principio de superposición: el campo total es la suma vectorial de todos los campos individuales.

Hay dos tipos de masa que debes conocer. La masa inercial es la resistencia de un objeto a cambiar su movimiento, mientras que la masa gravitatoria determina cómo se atrae con otros objetos. Sorprendentemente, ¡son exactamente iguales!

Para el movimiento de rotación, necesitas el momento de inercia I = mr². Este concepto aparece cuando estudias satélites o planetas girando, y depende tanto de la masa como de qué tan lejos está del eje de rotación.

💡 Dato curioso: Einstein se dio cuenta de que la igualdad entre masa inercial y gravitatoria no era casualidad, y esto lo llevó a desarrollar la relatividad general.

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El momento lineal p = mv es fundamental para entender colisiones y conservación. La segunda ley de Newton se puede escribir como ΣF = dp/dt, lo que nos da el principio de conservación: si no hay fuerzas externas, el momento se conserva.

El momento angular L = r × p mide la rotación de un objeto. Para calcularlo usas L = rmv sin θ, donde θ es el ángulo entre r y v. Este concepto explica por qué los patinadores giran más rápido cuando encogen los brazos.

El momento de una fuerza M = r × F determina si un objeto va a rotar. Si la suma de momentos externos es cero, el momento angular se conserva. Esto es lo que mantiene estables las órbitas planetarias.

Para objetos en órbita, la energía mecánica total es E = ½mv² - GMm/r. Como la velocidad orbital es v = √GM/rGM/r, la energía total resulta ser E = -½GMm/r. El signo negativo indica que el objeto está "ligado" gravitatoriamente.

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Velocidad de Escape y Potencial Gravitatorio

La velocidad de escape es la mínima velocidad que necesita un objeto para escapar completamente de un campo gravitatorio. Se calcula como ve = √2GM/R2GM/R o también ve = √(2g₀R). En la Tierra, esta velocidad es de unos 11.2 km/s.

Para calcular la velocidad de escape, aplicamos el principio de conservación de energía mecánica. El objeto debe tener energía total cero para llegar al infinito con velocidad cero: ½mve² - GMm/R = 0.

El potencial gravitatorio V = -GM/r representa el trabajo por unidad de masa necesario para traer un objeto desde el infinito hasta ese punto. Es negativo porque el campo gravitatorio es atractivo.

El trabajo realizado por el campo gravitatorio entre dos puntos es WAB = mVAVBVA - VB. Si WAB > 0, el campo realiza trabajo (proceso espontáneo). Si WAB < 0, debemos aplicar trabajo externo contra el campo.

💡 Para recordar: El potencial gravitatorio es energía por unidad de masa, mientras que la energía potencial gravitatoria es u = mV = -GMm/r.

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En caída libre, puedes usar conservación de energía en lugar de las ecuaciones cinemáticas. Para calcular la altura máxima de un proyectil: ½mv₀² - GMm/R = -GMm/R+hR+h, donde v₀ es la velocidad inicial.

También puedes aproximar para alturas pequeñas: v = √(2gh), que es la fórmula clásica que ya conoces. Esto funciona cuando h << R, es decir, cuando la altura es mucho menor que el radio terrestre.

Para situar un satélite en órbita, necesitas darle la energía suficiente para pasar de estar en la superficie E1=GMm/R+½mv2E₁ = -GMm/R + ½mv² a estar en órbita estable E2=½GMm/rE₂ = -½GMm/r. La diferencia ΔE es el trabajo que debes realizar.

La energía de un satélite en órbita circular es siempre E = -½GMm/r. Nota que es exactamente la mitad de su energía potencial, y esto no es casualidad: viene del teorema del virial.

💡 Truco importante: Para órbitas circulares, la energía cinética es siempre la mitad del valor absoluto de la energía potencial.

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Líneas de Campo y Superficies Equipotenciales

Las líneas de campo gravitatorio, introducidas por Faraday, son una forma visual de representar cómo actúa la gravedad en el espacio. En cada punto, estas líneas son tangentes al vector intensidad de campo y nunca se cruzan.

Las superficies equipotenciales conectan puntos que tienen el mismo potencial gravitatorio. Para una masa central, estas superficies son esferas concéntricas. Las líneas de campo siempre son perpendiculares a estas superficies.

Mover una masa dentro de una superficie equipotencial no requiere trabajo W=0W = 0, ya que no hay cambio de potencial. El campo gravitatorio apunta siempre hacia potenciales decrecientes: más campo significa potencial más bajo.

El gradiente relaciona campo y potencial: g⃗ = -∇V. Esto significa que el campo es el negativo del gradiente del potencial. En coordenadas cartesianas: g⃗ = -V/xı^+V/yȷ^+V/zk^∂V/∂x î + ∂V/∂y ĵ + ∂V/∂z k̂.

💡 Visualización clave: Imagina las líneas de campo como "ríos" de gravedad fluyendo desde zonas de alto potencial hacia zonas de bajo potencial.

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Flujo y Características de la Gravitación

El flujo gravitatorio φ = g⃗ · S⃗ mide cuántas líneas de campo atraviesan una superficie. Depende tanto de la intensidad del campo como del área y orientación de la superficie. El vector superficie tiene módulo igual al área y dirección perpendicular.

Según el teorema de Gauss, el flujo a través de cualquier superficie cerrada es φ = -4πGM, donde M es la masa encerrada. Este resultado es independiente de la forma de la superficie.

La interacción gravitatoria tiene características únicas: es universal (actúa entre cualquier masa), tiene alcance infinito, siempre es atractiva, es extremadamente débil comparada con otras fuerzas, no se puede apantallar, se propaga a la velocidad de la luz, y es conservativa.

Los efectos de la gravitación incluyen el peso de los cuerpos, la formación de estrellas y galaxias, la forma de los astros (ligeramente achatados por la rotación), la geometría del universo, y fenómenos biológicos como el geotropismo en las plantas.

💡 Dato fascinante: La gravedad es tan débil que puedes vencer la gravedad de toda la Tierra simplemente saltando, pero es tan importante que determina la estructura del universo entero.

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